抽油機光杆加速度位移傳感器的製作方法

2023-12-09 16:05:56 2

專利名稱：抽油機光杆加速度位移傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及到用抽油機從油井中採油，也涉及到測量加速度及位移量 的傳感器，具體而言是一種抽油機光杆加速度位移傳感器。(二) 背景技術抽油機是油田機械採油主要設備，油井抽油泵在井下的工作狀態是通過測 示功圖來掌握的。示功圖就是在抽油機光杆上下垂直運動的一個周期中，以光 杆相對井口運動位移量為橫坐標，以相應各位置點光杆的載荷為縱坐標，而形 成的平面封閉曲線。所以，光杆位移量是形成示功圖的重要參數。現有傳統的 光杆位移量試方法，是將一機械式位移傳感器安裝在抽油機光杆的懸振器上， 位移傳感器拉線的下端掛在井口上。當光杆向上運動時，拉線從傳感器拉出，同時帶動傳感器中的電位器正轉；當光杆向下運動時，傳感器的巻簧將拉線收 回，同時帶動傳感中的電位器反轉。在上下往復運動周期過程中，由電位器將 光杆的位移量轉化為電參數。其主要缺點是拉線磨損易斷，無法進行長期在 線測量；使用量程有限，對抽油機衝程在7米以上的油井不適用；其機械結構 無法適應惡劣的野外環境，很易損壞。經檢索專利文獻，有六篇弱相關對比文 件，其中有三篇與測量抽油機示功圖有關，專利號分別是03215559.X， 02254542.5， 97243548.4。這些對比文件與本實用新型最基本的區別在於位移傳 感器不相同，其數據採集及處理部分也不一樣。(三) 發明內容本實用新型的目的就在於創新研製、提供一種與眾不同的抽油機光杆加速 度位移傳感器。採用集成化加速度晶片測量光杆上下運動時的加速度，再由微 處理器對加速度信號進行處理獲得位移量數據，並與抽油機載荷數據結合而形 成示功圖。從而克服上述機械式位移傳感器的諸多缺點。上述目的是由下述技術方案實現的抽油機光杆加速度位移傳感器，包括殼體、加速度晶片和控制電路。加速 度晶片和控制電路都裝在殼體內的印刷電路板上。其特徵是控制電路由微處理 器、定時器、存儲器、非易失數據存儲器、無線通信晶片、USB通信晶片、電
轉換晶片、五隻晶體振蕩器、編程接口、 USB插口和電源插頭組成。微處理器 分別與此相關加速度晶片、定時器、存儲器、非易失數據存儲器、無線通信芯 片、USB通信晶片、編程接口和電源插頭連接。有兩隻晶體振蕩器與微處理器 連接。定時器、無線通信晶片和USB通信晶片各與一隻晶體振蕩器連接。電源 轉換晶片與電源插頭連接。編程接口與微處理器連接。上述抽油機光杆加速度位移傳感器中的加速度晶片，選用集成化加速度芯 片，型號為ADXL105型。上述抽油機光杆加速度位移傳感器控制電路中的微處理器，選用嵌入式微 處理器，型號為MSP430 F148或MSP430 F149型。上述抽油機光杆加速度位移傳感器控制電路中的無線通信晶片，選用短距 離藍牙無線通信晶片，型號nRF401型。上述抽油機光杆加速度位移傳感器控制電路中的定時器選用PCF8563型。 存儲器選用W24L257型。非易失數據存儲器選用AT45DB081型。USB通信芯 片選用FT232BM型。按照上述技術方案製造成的抽油機光杆加速度位移傳感器，被置於光杆或 懸振器上，隨光杆作上、下周期運動。由加速度晶片測得光杆上、下運動時的 加速度，再由控制電路進行二次積分運算，得到各點的位移數據，並將各點的 位移數據與對應的抽油機載荷信數據結合形成示功圖。由於採用了集成化加速度晶片來測量光杆加速度信號，而克服了上述拉線 式傳感器的諸多缺點。由於採用了嵌入式微處理器對加速度進行積分換算，而 形成位移數據，克服了用電位器進行轉換的諸多弊端。因此測量精度大有提高。 另外，還能實現長期在線測量和數據無線傳輸，自動化程度也大有提高，操作 更加簡便和安全。由於採用了全電子式傳感器，所以不受抽油機衝程大小限制， 並能適應惡劣的野外環境，使用壽命更長。其技術較先進，經濟效益和社會效 益顯著，具有推廣應用前景。(四)
附圖1是本實用新型的安裝應用示意圖。附圖2是本實用新型的電路組成及連接關係方框圖。附圖3是本實用新型的電路圖。
具體實施方式
結合附圖說明一個實施例由圖1所示，本實用新型在應用時安裝在抽油機光杆上或懸振器上。由圖2所示，本實用新型由加速度晶片U8和控制電路組成。控制電路由微 處理器Ul (CPU)、定時器U5、隨機數據存儲器(簡稱存儲器)U7 、非易失 數據存儲器U6、藍牙無線通信晶片UIO、 USB通信晶片U12、電源轉換晶片 U9、五隻晶體振蕩器(簡稱晶振)U2、 U3、 U4、 Ull和U13、編程接口 Jl、 USB插頭J5和電源插頭J2、 J3、 J4組成。微處理器U1 (CPU)分別與加速度 晶片U8、定時器U5、存儲器U7、非易失數據存儲器U6、無線通信晶片UIO、 USB通信晶片U12、編程接口 Jl和電源插頭J2連接，晶振U2 (8MHZ)和U3 (32.768KHZ)與微處理器Ul連接，為其提供振蕩信號。定時器U5、無線通 信晶片U10和USB通信晶片U12，各與一隻晶振U4G2.768KHZ)、U11(4MHZ) 和U13 (6MHZ)連接，分別提供振蕩信號。電源轉換晶片U9與電源插頭J2、 J4連接。編程接口 J1與微處理器U1 (CPU)連接。由圖3所示，作為一個實施例的電路圖，已非常清楚、完整地表明了本實 用新型電路組成及連接關係，不必贅述。工作原理及工作過程是如圖2所示，加速度晶片U8首先將抽油機光杆上、 下運動的加速度轉化為電壓信號，並將此西北部號送入微處理器U1 (CPU)。定 時器U5每1/64秒產生一個中斷信號送入微處理器Ul。微處理器Ul按定時對 U8輸入的加速度信號進行A/D轉換，並將隨機數據和臨時載荷數據存入存儲器 U7中。微處理器Ul將最終測得的示功圖數據送入非易失數據存儲器U6中。藍 牙無線通信晶片U10將外部主機發出的無線信號送入微處理器U1，並將微處理 器U1的應答信號發送出去，例如將U6中的示功圖數據發送到外部主機。J5是 USB插頭，與USB通信晶片U12相連，U12又與微處理器U1相連，實現了本 傳感器與外部PC機的通信。電池正極由插頭J3接入，然後連接插頭J2、 J2的 輸出為系統提供+3.6V工作電源。J2輸出的+3.6V電源送入電壓轉換器U9， U9 輸出+5V電源由插頭J4送出，給外部的載荷傳感器供電。載荷傳感器的信號經 由J4送入微處理器Ul，作為Ul形成示功圖的必要基本數據。編程接口 Jl用 於微處理器U1寫入及修改程序。
權利要求1.一種抽油機光杆加速度位移傳感器，包括殼體、加速度晶片和控制電路，加速度晶片和控制電路都裝在殼體內的印刷電路板上，其特徵是控制電路由微處理器(U1)、定時器(U5)、隨機數據存儲器(U7)、非易失數據存儲器(U6)、無線通信晶片(U10)、USB通信晶片(U12)、電源轉換晶片(U9)、五隻晶振(U2、U3、U4、U11、U13)、編程接口(J1)、USB插頭(J5)和電源插頭(J2、J3、J4)組成，微處理器(U1)分別與加速度晶片(U8)、定時器(U5)隨機數據存儲器(U7)、非易失數據存儲器(U6)、無線通信晶片(U10)、USB通信晶片(U12)、編程接口(J1)和電源插頭(J2)連接，晶振(U2、U3)與微處理器(U1)連接，定時器(U5)、無線通信晶片(U10)和USB通信晶片(U12)，各與一隻晶振(U4、U11和U13)連接，電源轉換晶片(U9)與電源插頭J2、J4連接，編程接口(J1)與微處理器(U1)連接。
2. 根據權利要求1所述的抽油機光杆加速度位移傳感器，其特徵是加速度 晶片(U8)選用集成化加速度晶片，型號為ADXL105型。
3. 根據權利要求1所述的抽油機光杆加速度位移傳感器，其特徵是微處理 器(Ul)選用嵌入式微處理器，型號為MSP430F148或MSP430F149型。
4. 根據權利要求1所述的抽油機光杆加速度位移傳感器，其特徵是無線通 信晶片(UIO)選短距離藍牙無線通信晶片，型號為nRF401型。
5. 根據權利要求1所述的抽油機光杆加速度位移傳感器，其特徵是定時器 (U5)選用PCF8563型，存儲器(U7)選用W24L257型，非易失數據存儲器 (U6)選用AT45DB081型，USB通信晶片(U12)選用FT232BM型。
專利摘要本實用新型是一種抽油機光杆加速位移傳感器，屬於測量加速度及位移量的傳感器。由加速度晶片和控制電路組成。控制電路中的微處理器，分別與加速度晶片、定時器、存儲器、非易失數據存儲器、無線通信晶片、USB通信晶片、編程接口和電源插頭連接。有兩隻晶振與微處理器連接。定時器、無線通信晶片和USB通信晶片各與一隻晶振連接。電源轉換晶片與電源插頭連接。編程接口與微處理器連接。由於採用加速度晶片測量光杆上下運動加速度，並由控制電路對加速度信號二次積分轉換為光杆位移數據，用於形成示功圖。所以測量精度高，並實現了長期在線測量和無線數據傳輸，操作簡便而安全，適用於惡劣的野外環境，技術較先進，效益較好，有推廣應用價值。
文檔編號G01P15/08GK201045618SQ20072002355
公開日2008年4月9日 申請日期2007年6月9日 優先權日2007年6月9日
發明者玲 張, 李清明, 莉 楊, 胡向陽, 胡小紅, 薛勝東, 闞淑華 申請人:中國石化股份勝利油田分公司河口採油廠